Question

7．某市高速出口有100盞風(fēng)光互補(bǔ)路燈成了一道靚麗的風(fēng)景，如圖一，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)同時(shí)安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板，有風(fēng)時(shí)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，有陽(yáng)光時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)電，并將電能儲(chǔ)存至蓄電池中．如圖二是風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)原理框圖．為了節(jié)能該路燈采用LED燈照明．下表為某型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的部分技術(shù)參數(shù)，其中光電轉(zhuǎn)化效率是指太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率，蓄電池容量是指蓄電池放電電流與放電總時(shí)間的乘積，最大輸出功率是指風(fēng)速達(dá)到最大限制風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率．

太陽(yáng)能電池板		風(fēng)力發(fā)電機(jī)		蓄電池		LED燈
電池板的總面積	0.5m2	最大限制風(fēng)速	12.0m/s	電池容量	150Ah	額定電壓	24V
太陽(yáng)能電池板平均輸出功率	100W	最大輸出功率	400W	額定電壓	12V	額定功率	60W

（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)力發(fā)電時(shí)，是將機(jī)械（風(fēng)）能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）該型號(hào)LED燈正常工作時(shí)的電流為2.5A；
（3）每盞風(fēng)光互補(bǔ)的路燈整機(jī)質(zhì)量為35千克，燈桿底部跟地面上底板的總接觸面積約為25厘米²，則每盞風(fēng)光互補(bǔ)路燈對(duì)地面上底板的壓強(qiáng)為1.4×10⁵Pa．
（4）這100盞該型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈，每天正常工作10h，一個(gè)月消耗多少電能？如果用火力發(fā)電供電，則一個(gè)月需要消耗煤炭是多少kg？（已知火力發(fā)電時(shí)，發(fā)1度電需煤0.4kg，一個(gè)月以30天計(jì)）
（5）“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電”裝置的發(fā)電功率為500瓦，裝置由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板、充電器、蓄電池等組成，太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)壽命為20年，蓄電池約4年更換一次，項(xiàng)目?jī)r(jià)格如下表：

項(xiàng)目	風(fēng)力發(fā)電機(jī)	太陽(yáng)能電池板	充電器	蓄電池	安裝費(fèi)
價(jià)格（約）	5000元	4000元	1000元	2000元	2000元

小敏同學(xué)想在自己家的屋頂上安裝這套“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電”裝置，若該裝置平均每天正常工作8小時(shí)，目前電費(fèi)價(jià)格約為0.54元/千瓦時(shí)，請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算幫他決定是否安裝這套裝置．

Answer 1

分析 （1）判斷能量轉(zhuǎn)化，要從過(guò)程中的初始能量和最終形成的能量，進(jìn)而判斷出能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程；
（2）該型號(hào)LED燈正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出正常工作時(shí)的電流；
（3）路燈整機(jī)對(duì)地面壓力F=G=mg，由p=$\frac{F}{S}$可計(jì)算出風(fēng)光互補(bǔ)路燈對(duì)地面上底板的壓強(qiáng)；
（4）根據(jù)W=Pt求出100盞該型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈，每天正常工作10h，一個(gè)月消耗的電能，從而計(jì)算出一個(gè)月需要消耗煤炭的質(zhì)量；
（5）先計(jì)算20年所需的電費(fèi)，再與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電成本相比較，即可得出結(jié)論．

解答 解：（1）利用風(fēng)力發(fā)電時(shí)，是將機(jī)械能（風(fēng)能）轉(zhuǎn)化為電能；
（2）該型號(hào)LED燈正常工作時(shí)的電壓為24V，功率為60W，
根據(jù)P=UI可得，正常工作時(shí)的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
（3）放在水平地面的物體對(duì)地面的壓力：F=G=mg=35kg×10N/kg=350N，
每盞風(fēng)光互補(bǔ)路燈對(duì)地面上底板的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{350N}{25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.4×10⁵Pa；
（4）100盞該型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈的總功率：P=100×60W=6000W=6kW，
一天消耗的電能：W=Pt=6kW×10h=60kW•h，
一個(gè)月用電：W_總=60kW•h×30=1800kW•h；
火力發(fā)電時(shí)，發(fā)1度電需煤0.4kg，所以一個(gè)月需要消耗煤炭的質(zhì)量：
m=1800kW•h×0.4kg/kW•h=720kg；
（5）二十年電費(fèi)為：20×365×8×0.5kW•h×0.54元/kW•h=15768元；
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電成本：5000元+4000元十1000元+2000元×5+2000元=22000元；
因?yàn)轱L(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電成本高于二十年電費(fèi)，所以不經(jīng)濟(jì)，建議不安裝該裝置．
答：（1）機(jī)械（風(fēng)）；
（2）2.5A；
（3）1.4×10⁵Pa；
（4）這100盞該型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈，每天正常工作10h，一個(gè)月消耗60kW•h電能，如果用火力發(fā)電供電，則一個(gè)月需要消耗煤炭720kg；
（5）建議不安裝該裝置．

點(diǎn)評(píng) 本題為電學(xué)、力學(xué)綜合題，綜合考查了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，還要仔細(xì)閱讀題目，要學(xué)會(huì)從題目所給信息中找到解題有用的信息，屬于難題！